納米光學(xué)輻射傳熱:從熱輻射增強理論到輻射制冷應(yīng)用
關(guān)鍵詞：納米光學(xué) 輻射制冷 近場增強 冷凝水
摘要：熱輻射作為一種無處不在的物理現(xiàn)象,對于科學(xué)研究和工程應(yīng)用都具有重要意義.傳統(tǒng)上對熱輻射的理解主要是基于普朗克定律,它描述了物體通過輻射交換能量的能力.而近年來的研究表明,由于微納光學(xué)材料在尺寸上遠小于熱輻射峰值波長,它們的熱輻射性質(zhì)往往很大程度上有別于傳統(tǒng)黑體輻射理論所描述的宏觀物體.更重要的是,微納光學(xué)材料的熱輻射性質(zhì)可以通過改變它們的幾何尺寸和微觀構(gòu)型進行定量的優(yōu)化設(shè)計與精確調(diào)控.納米光學(xué)材料與輻射制冷效應(yīng)的結(jié)合,給熱輻射效應(yīng)在能源和環(huán)境等相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用提供了極具前景的應(yīng)用價值.本文首先從熱輻射的基本原理和規(guī)律出發(fā),介紹納米結(jié)構(gòu)熱輻射增強的發(fā)展進程和最新進展,包括二維材料間的近場熱輻射機理以及尺寸效應(yīng)導(dǎo)致的遠場熱輻射增強;其次,介紹了近年來納米光學(xué)材料在輻射制冷應(yīng)用中的重大進展,包括可以實現(xiàn)高效日間輻射制冷的各種納米光學(xué)材料設(shè)計;最后,進一步介紹了日間輻射制冷的各種實際應(yīng)用,包括建筑物制冷、冷凝水收集、舒適衣物與太陽能電池降溫等.此外,展望了納米光學(xué)材料的輻射制冷技術(shù)在推動荒漠生態(tài)環(huán)境的治理與改造方面的廣闊未來.
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